【Cortex-M3权威指南】学习笔记3 - 存储系统

存储系统

存储器映射

CM3 预定义存储器映射简图（CM3 的地址空间是 4GB ）

片上 SRAM：大小 512MB，拥有 1MB 位带区，32MB 位带别名区；而位带别名区里面的每个字对应位带区的一个比特

片上外设：定义个片上 SRAM 几乎一致，但不可以执行命令

片外外设、片外 RAM：各占 1GB 用于连接外部，但片外外设区同样不可执行命令

总结：外设区不可以执行命令，而 RAM 区均可执行命令

最后的 512MB 分配给 CM3 的系统级组件，内部私有外设总线 s，外部私有外设总线 s，以及由提供者定义的系统外设

私有外设总线有两条

• AHB 私有外设总线，只用于 CM3 内部的 AHB 外设，它们是：NVIC, FPB, DWT 和 ITM
• APB 私有外设总线，既用于 CM3 内部的 APB 设备，也用于外部设备

NVIC 所处的区域叫做“系统控制空间（SCS）”

存储器各种访问属性

CM3 为存储器的访问设置了 4 个属性

• 可否缓冲(Bufferable)
• 可否缓存(Cacheable)
• 可否执行(Executable)
• 可否共享(Sharable)

CM3 片上默认无配备缓存，而可以使用外设缓存，此时就需要引入缓存设置来进行管理

存储器的缺省访问许可

CM3 在未开启 MPU(存储保护单元)时，缺省访问许可才能生效

如果启用了 MPU，则会在地址空间划分多个区，为不同区设置不同访问权限

位带操作

位带操作（Bit Banding）是一种在嵌入式系统中进行位级操作的技术。它通过将特定的位与内存地址进行映射，以实现对单个位的原子操作。

那片上 SRAM 作为介绍，它拥有一个 1MB 位带区，以及一个 32MB 位带别名区，下面时对应位带操作流程：

1. 位带别名区将单个比特膨胀为 32 位的字
2. 通过访问这些字，从而达到访问原始比特的目的

一般而言，位带操作包含：读、改、写三步，而这三步之间夹杂着两个极短的切换空挡，若多个进程并发执行位带操作，可能会导致紊乱现象（即冲突）

而 CM3 位带操作改进了这一缺点，使三步变成了一个原子操作，完美解决了

C 编译器不支持位带操作，故需要使用 define 定义

使用 define 定义一个位带别名区地址：#define DEVICE_REG0 ((volatile unsigned long *) (0x40000000))

非对齐数据传输

最低有效位（LSB）：即二进制数中最右边的一位数字；
最高有效位（MSB）：即二进制数中最左边的一位数字；

在 CM3 构架下，非对齐的数据传送只发生在常规的数据传送指令中，如 LDR/LDRH/LDRSH

互斥访问

CM3 使用互斥访问技术取代了传统 ARM 中的 SWP 指令

在互斥访问操作下，允许互斥体所在的地址被其它总线 master 访问，也允许被其它运行在本机上的任务访问，而 CM3 能够“驳回”有可能导致竞态条件的互斥写操作

互斥访问的读写操作对应的指令为

LDREX/STREX, LDREXH/STREXH,
LDREXB/STREXB

在使用互斥访问时，LDREX/STREX 必须成对使用

严格的驳回规定（目前大多数情况下选择）：

• 当执行一条 LDREX 指令后，下一条立马跟着就是 STREX，那么他将会被执行
• 如果第一条 LDREX 指令后又跟着其他的 STR 指令或者某些中断，那么接在这些代码之后的 STREX 就会被驳回！

LDREX/STREX 的工作原理：

1. 执行 LDREX 后，在处理器内部标注一段地址，地址一般从 R0 开始
2. 紧接着执行 STREX，若其存储区地址落在标注地址内，那么就清除该标记

端模式

CM3 虽然同时支持小端模式和大端模式，但是推荐直接使用小端
CM3 使用的是“字节不变大端”

CM3 中，均在复位时确定使用哪种端模式，且运行时不得更改